DE102015219013A1 - Production of a reference body during the generative production of a component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein generatives Fertigungsverfahren zur schichtweisen Fertigung eines Bauteils 2 und eines zugehörigen Referenzkörpers 3 auf einer Bauplattform 11, 28, wobei das Bauteil 2 und der Referenzkörper 3 aus einer einzigen Charge eines pulverförmigen Ausgangswerkstoffs 5 hergestellt werden und bei der Fertigung des Referenzkörpers 3 ein abgeschlossener Hohlraum 17 gebildet und mit einem pulverförmigen Ausgangswerkstoff 5 derselben Werkstoffcharge befüllt wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen entsprechenden Referenzkörper 3 und ein System bestehend aus einem solchen Referenzkörper 3 und einem zugehörigen Bauteil 2.The invention relates to a generative manufacturing method for the layered production of a component 2 and an associated reference body 3 on a building platform 11, 28, wherein the component 2 and the reference body 3 are made from a single batch of powdered starting material 5 and in the manufacture of the reference body 3 a completed cavity 17 is formed and filled with a powdery starting material 5 of the same material batch. The invention further relates to a corresponding reference body 3 and a system consisting of such a reference body 3 and an associated component 2.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein generatives Fertigungsverfahren zur schichtweisen Fertigung eines Bauteils und eines zugehörigen Referenzkörpers auf einer Bauplattform aus einer einzigen Charge eines pulverförmigen Ausgangswerkstoffs. Ferner betrifft die Erfindung einen entsprechenden Referenzkörper sowie ein System bestehend aus einem solchen Referenzkörper und einem zugehörigen Bauteil. The present invention relates to a generative manufacturing method for the layered production of a component and an associated reference body on a construction platform from a single batch of a powdery starting material. Furthermore, the invention relates to a corresponding reference body and a system consisting of such a reference body and an associated component.
Für eine schnelle und kostengünstige Herstellung von sowohl Prototypen als auch Endprodukten ist eine Vielzahl generativer Fertigungsverfahren bekannt. Diese auch unter dem Begriff Rapid Prototyping zusammengefassten Verfahren ermöglichen insbesondere die direkte Herstellung einzelner Exemplare auf Basis eines am Computer entworfenen Bauteils. Die Herstellung kann unter Verwendung flüssiger, bandförmiger, drahtförmiger oder pulverförmiger Ausgangswerkstoffe erfolgen, weshalb es bezüglich der umsetzbaren Bauteilgeometrien und Materialien wenig Einschränkungen gibt. Dank der schichtweisen Herstellung können mit diesem Verfahren bisher nicht erzielbare Geometrien gefertigt werden. Insbesondere die Fertigung von Hinterschneidungen stellt kein Problem dar. For a quick and cost-effective production of both prototypes and end products, a variety of generative manufacturing processes are known. These methods, which are also summarized under the term rapid prototyping, allow, in particular, the direct production of individual copies on the basis of a component designed on the computer. The production can be carried out using liquid, ribbon-shaped, wire-shaped or powdery starting materials, which is why there are few restrictions with respect to the implementable component geometries and materials. Thanks to the layered production can be manufactured with this method previously unreachable geometries. In particular, the production of undercuts is not a problem.
Im Falle von pulverförmigen, metallischen Ausgangswerkstoffen sind insbesondere zwei Gruppen von generativen Fertigungsverfahren bekannt. Hierbei handelt es sich zum einen um selektive pulverbettbasierte Strahlschmelzverfahren, wie beispielsweise das sogenannte „Selective Laser Melting“, SLM, -Verfahren oder das sogenannte „Selective Electron Beam Melting“, SEBM, -Verfahren, und zum anderen um Pulverzuführungsverfahren, wie beispielsweise das sogenannte „Laser Material Deposition“, LMD, -Verfahren. In the case of pulverulent, metallic starting materials, in particular two groups of additive manufacturing processes are known. These are on the one hand to selective powder bed-based beam melting, such as the so-called "Selective Laser Melting", SLM, method or the so-called "Selective Electron Beam Melting" SEBM method, and on the other to powder feed method, such as the so-called "Laser Material Deposition", LMD, method.
Beim SLM-Verfahren wird ein zu verarbeitendes Metallpulver in einer dünnen Schicht auf einer Bauplattform aufgebracht und dann mittels Laserstrahlung lokal vollständig umgeschmolzen, so dass es nach einer Erstarrung eine feste Materialschicht bildet. Um eine schichtweise Herstellung eines gewünschten Bauteils zu ermöglichen, wird die Bauplattform anschließend um den Betrag einer Schichtdicke abgesenkt, erneut Metallpulver aufgetragen und dann wieder ein Laserstrahl gezielt über die neue Metallpulverschicht gelenkt. Dieses Vorgehen wird so lange wiederholt, bis das gewünschte Bauteil fertiggestellt ist. Das SEBM-Verfahren läuft nahezu identisch zu dem SLM-Verfahren ab, bis auf dass die Umschmelzung des Metallpulvers anstatt mittels Laserstrahlung unter Verwendung eines Elektronenstrahls erfolgt. In the SLM process, a metal powder to be processed is applied in a thin layer on a building platform and then completely remelted locally by means of laser radiation, so that it forms a solid material layer after solidification. In order to enable a layered production of a desired component, the construction platform is then lowered by the amount of a layer thickness, applied metal powder again and then again targeted a laser beam on the new metal powder layer. This procedure is repeated until the desired component is completed. The SEBM process proceeds almost identically to the SLM process, except that the remelting of the metal powder takes place instead of by means of laser radiation using an electron beam.
Beim LMD-Verfahren hingegen wird ein zu verarbeitendes Metallpulver mittels einer Düse einer LMD-Vorrichtung gezielt auf eine Bauplattform gerichtet und auf seinem Weg zur Bauplattform mit Hilfe eines Lasers der LMD-Vorrichtung auf- oder angeschmolzen. Hierbei wird die LMD-Vorrichtung meist mittels eines CNC-gesteuerten Roboters oder Positioniersystems geführt. Nach der Erstarrung des aufgeschmolzenen Metallpulvers bildet sich eine feste Materialschicht. In the case of the LMD method, by contrast, a metal powder to be processed is directed by means of a nozzle of an LMD device specifically onto a building platform and, on its way to the building platform, is melted up or fused using a laser of the LMD device. In this case, the LMD device is usually guided by means of a CNC-controlled robot or positioning system. After the solidification of the molten metal powder, a solid material layer is formed.
Zusätzlich zu den bereits genannten Verfahren gibt es auch solche, bei denen das Metallpulver mittels eines Plasmastrahls geschmolzen wird, um nur ein Beispiel zu nennen. In addition to the methods already mentioned, there are also those in which the metal powder is melted by means of a plasma jet, to give just one example.
Metallische Bauteile, die insbesondere mittels der vorstehend beschriebenen SLM-, SEBM- oder LMD-Verfahren hergestellt wurden, müssen in der Praxis häufig hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen standhalten, wie beispielsweise die Schaufeln oder andere Bestandteile einer Strömungsmaschine, insbesondere Turbine. Somit ist es im Rahmen einer Qualitätssicherung der gefertigten Bauteile und im Falle einer möglicherweise notwendigen Analyse von Schäden an einem gefertigten und ausgelieferten Bauteil unumgänglich, verschiedenartige metallographische Untersuchungen an dem Material der gefertigten Bauteile durchführen zu können. In diesem Zusammenhang ist es üblich, dass im Rahmen der schichtweisen Fertigung des Bauteils aus einer Charge eines Metallpulvers ein zugehöriger Referenzkörper aus derselben Metallpulvercharge mitgefertigt wird. Als Referenzkörper dienen dabei meist einfache Vollmaterialmetallklötzchen, die beispielsweise mit einem Klebeetikett für eine Zuordnung zu dem zugehörigen Bauteil versehen, archiviert und bei Bedarf analysiert werden. Das im Rahmen des Fertigungsprozesses verwendete Ausgangsmetallpulver wird in der Regel nicht archiviert. Nur in Einzelfällen wird eine Stichprobe des Metallpulvers entnommen, etikettiert und aufbewahrt. Metallic components which have been produced in particular by means of the SLM, SEBM or LMD methods described above must in practice frequently withstand high mechanical, thermal and / or chemical stresses, such as, for example, the blades or other components of a turbomachine, in particular a turbine. Thus, in the context of quality assurance of the manufactured components and in case of possibly necessary analysis of damage to a manufactured and delivered component, it is essential to be able to carry out various metallographic investigations on the material of the manufactured components. In this context, it is customary that within the context of the layered production of the component from a batch of a metal powder, an associated reference body from the same metal powder batch is mitgefertigt. As a reference body serve usually simple solid metal blocks, which provided for example with an adhesive label for assignment to the associated component, archived and analyzed if necessary. The starting metal powder used in the production process is generally not archived. Only in individual cases is a sample of the metal powder taken, labeled and stored.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein generatives Fertigungsverfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das es erlaubt, eine Probe der verwendeten Werkstoffcharge sicher, sauber und in eindeutiger Zuordnung zu dem Referenzkörper sowie dem Bauteil zu archivieren. Des Weiteren sollen ein entsprechender Referenzkörper und ein System bestehend aus einem solchen Referenzkörper und einem zugehörigen Bauteil angegeben werden. Against this background, the present invention has the object to provide a generative manufacturing method of the type mentioned above, which allows a sample of the material used batch safe, clean and to archive in clear association with the reference body and the component. Furthermore, a corresponding reference body and a system consisting of such a reference body and an associated component are to be specified.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei der Fertigung des Referenzkörpers ein abgeschlossener Hohlraum gebildet und mit einem pulverförmigen Ausgangswerkstoff derselben Werkstoffcharge, aus der auch das Bauteil und der Referenzkörper hergestellt werden, befüllt wird. Die Befüllung des Hohlraums mit dem pulverförmigen Ausgangswerkstoff erfolgt somit automatisch im Rahmen des Fertigungsverfahrens. Der Referenzkörper dient im Ergebnis nicht nur metallographischen Untersuchungen an dem erhärteten Material des gefertigten Bauteils, sondern erfüllt zugleich die Funktion eines Behälters zur Aufnahme einer Pulverprobe der für die Herstellung des Bauteils und des Referenzkörpers verwendeten Ausgangswerkstoffcharge. Dies bietet den Vorteil, dass eine manuelle Entnahme von Stichproben des pulverförmigen Ausgangswerkstoffs entfällt. Es ist stets sichergestellt, dass eine Probe für entsprechende Laboruntersuchungen innerhalb des Referenzkörpers vorhanden ist. Der pulverförmige Ausgangswerkstoff ist in dem abgeschlossenen Hohlraum vor Verunreinigungen geschützt, die zu Verfälschungen der Messergebnisse bei Laboruntersuchungen führen können. Ebenso kann der pulverförmige Ausgangswerkstoff nicht ungewollt aus dem abgeschlossenen Hohlraum austreten und somit für Laboruntersuchungen nicht mehr zur Verfügung stehen. Vorteilhaft ist ebenso, dass der pulverförmige Ausgangswerkstoff nicht versehentlich einem falschen Referenzkörper zugeordnet werden kann, der womöglich aus einer anderen Ausgangswerkstoffcharge hergestellt wurde. Der Hohlraum kann grundsätzlich jede beliebige Gestalt aufweisen, solange dieser abgeschlossen ist. Vorzugsweise wird der Hohlraum zumindest im mittleren Bereich breiter ausgebildet und dann in Fertigungsrichtung des schichtweise gefertigten Referenzkörpers verjüngt, so dass der Hohlraum spitz zulaufend abgeschlossen wird. Bevorzugt weist ein solcher spitzer Abschluss die Form eines Hohlkegels oder einer Hohlpyramide auf, wobei die Mantel- bzw. Seitenflächen mit einer vertikalen, in Fertigungsrichtung zeigenden Achse des Referenzkörpers bevorzugt einen Winkel von ≤ 45°, besonders bevorzugt 45°, bildet. Hierdurch wird eine einfache Fertigung des Hohlraumvolumens gewährleistet. Darüber hinaus lassen sich aus den schrägen Flächen im Rahmen von metallographischen Untersuchungen im Querschnitt viele Informationen gewinnen, da diese fertigungsbedingt eine größere Rauheit als andere Oberflächen und oft auch mehr oberflächennahe Defekte aufweisen. Der Hohlraum kann mit einer beliebigen Menge des pulverförmigen Ausgangswerkstoffs, vorzugsweise jedoch vollständig oder zumindest zum Großteil mit dem pulverförmigen Ausgangswerkstoff befüllt werden, je nachdem wieviel Pulver für Laboruntersuchungen zur Verfügung stehen soll. To achieve this object, the present invention provides a method of the type mentioned, which is characterized in that formed in the manufacture of the reference body, a closed cavity and with a pulverulent starting material of the same batch of material, from which the component and the reference body are produced, is filled. The filling of the cavity with the powdery starting material thus takes place automatically in the context of the manufacturing process. The reference body serves as a result not only metallographic investigations on the hardened material of the finished component, but also fulfills the function of a container for receiving a powder sample of the starting material batch used for the production of the component and the reference body. This offers the advantage that a manual removal of samples of the powdery starting material is eliminated. It is always ensured that a sample is available for appropriate laboratory examinations within the reference body. The powdery starting material is protected in the closed cavity from impurities that can lead to falsifications of the results of laboratory tests. Likewise, the powdery starting material can not unintentionally escape from the closed cavity and thus are no longer available for laboratory tests. It is also advantageous that the powdery starting material can not be inadvertently assigned to a wrong reference body, which was possibly made from a different starting material batch. The cavity may basically have any shape as long as it is completed. Preferably, the cavity is formed wider at least in the central region and then tapered in the production direction of the reference body produced in layers, so that the cavity is tapered tapering. Such a pointed termination preferably has the shape of a hollow cone or a hollow pyramid, wherein the lateral or lateral surfaces preferably form an angle of ≦ 45 °, particularly preferably 45 °, with a vertical axis of the reference body pointing in the direction of production. As a result, a simple production of the void volume is ensured. In addition, much information can be obtained from the inclined surfaces in the context of metallographic investigations in cross-section, since these have a greater roughness due to production than other surfaces and often also more near-surface defects. The cavity can be filled with any amount of the powdery starting material, but preferably completely or at least for the most part with the powdery starting material, depending on how much powder is to be available for laboratory investigations.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest eine Oberfläche des Referenzkörpers, insbesondere die während der Fertigung oben angeordnete Oberfläche im Rahmen der schichtweisen Fertigung einstückig mit zumindest einer das Bauteil identifizierenden Information versehen, um den Referenzkörper insbesondere auch nach dem Öffnen eindeutig zuordnen zu können. Diese Information kann insbesondere Zeichen wie Buchstaben und/oder Zahlen und/oder eine computerlesbare Kodierung wie einen QR-Code oder einen Strichcode aufweisen. Ein QR-Code kann von einer Steuerungssoftware des generativen Fertigungsverfahrens automatisch generiert werden und beispielsweise eine Auftrags-ID und/oder eine zu dem Bauteil passende Seriennummer enthalten, um nur einige Beispiele zu nennen. Im Rahmen eines pulverbasierten generativen Fertigungsverfahrens, wie dem SLM,- SEBM- oder LMD-Verfahren, kann der Referenzkörper nach seiner Fertigstellung durch Aufbringen mindestens einer weiteren Schicht auf seine in Fertigungsrichtung zeigende Oberfläche mit der entsprechenden Information versehen werden, wodurch weitere Arbeitsschritte, wie ein manuelles Anbringen eines Klebeetiketts mit der entsprechenden Information am Referenzkörper, entfallen. Der Referenzkörper und der zugehörige, sich im Hohlraum befindliche, pulverförmige Ausgangswerkstoff können problemlos gemeinsam archiviert werden, denn die Information ermöglicht stets ihre Zuordnung zum zugehörigen Bauteil. Somit kann eine metallographische Untersuchung des Referenzkörpers und/ oder eine sonstige Laboruntersuchung der archivierten Pulverprobe direkt dem zugehörigen Bauteil zugeordnet werden. Da die Information einstückig mit dem Referenzkörper verbunden ist, kann sie sich während der Dauer der Archivierung des Referenzkörpers auch nicht von diesem lösen. In accordance with one embodiment of the invention, at least one surface of the reference body, in particular the surface arranged at the top during manufacture, is provided in one piece with at least one piece of information identifying the component in order to be able to unambiguously assign the reference body even after opening. In particular, this information may comprise characters such as letters and / or numbers and / or computer-readable coding such as a QR code or a bar code. A QR code can be automatically generated by a control software of the generative manufacturing process and contain, for example, a job ID and / or a serial number matching the component, to name but a few examples. In the context of a powder-based additive manufacturing process, such as the SLM, SEBM or LMD process, the reference body can be provided after its completion by applying at least one further layer on its pointing in the direction of production surface with the corresponding information, whereby further steps, such as Manual attachment of an adhesive label with the corresponding information on the reference body, omitted. The reference body and the associated, located in the cavity, powdery starting material can be easily archived together, because the information always allows their assignment to the associated component. Thus, a metallographic examination of the reference body and / or another laboratory examination of the archived powder sample can be assigned directly to the associated component. Since the information is integrally connected to the reference body, it can not be detached from it during the period of archiving the reference body.
Bevorzugt wird bei der Fertigung des Referenzkörpers zusätzlich zu dem abgeschlossenen Hohlraum ein Vollmaterialbereich gebildet. Ein solcher Vollmaterialbereich kann an jeder beliebigen Stelle des Referenzkörpers gebildet werden, vorzugsweise jedoch in Fertigungsrichtung vor oder nach dem abgeschlossenen Hohlraum. Dass ein gewisser Bereich des Referenzkörpers aus Vollmaterial gebildet wird, spricht für die Doppelfunktion des Referenzkörpers als klassischer Referenzkörper zur Durchführung metallographischer Untersuchungen und als Behälter zur Aufbewahrung einer Pulverprobe. Insbesondere bietet ein solcher Vollmaterialbereich den Vorteil, dass von diesem eine oder mehrere Materialscheiben abgetrennt und anschließend metallographischen Untersuchungen unterzogen werden können, wie lichtmikroskopische Untersuchungen, Untersuchungen mittels Rasterelektronenmikroskopie oder Ultraschalluntersuchungen. In the production of the reference body, a solid material area is preferably formed in addition to the closed cavity. Such a solid material region can be formed at any point of the reference body, but preferably in the production direction before or after the closed cavity. The fact that a certain area of the reference body is formed of solid material, speaks for the dual function of the reference body as a classic reference body for performing metallographic investigations and as a container for storing a powder sample. In particular, such a solid material region offers the advantage that one or more material disks can be separated therefrom and subsequently subjected to metallographic examinations, such as light microscopic examinations, investigations by means of scanning electron microscopy or ultrasound examinations.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden zu Beginn der schichtweisen Fertigung des Referenzkörpers zunächst unzusammenhängende Bereiche auf der Bauplattform gebildet, die in darauffolgenden Schichten miteinander verbunden werden. Dies führt dazu, dass der entstehende Referenzkörper an seinem unteren freien Ende eine unebene Oberflächenstruktur erhält. Je nachdem, wie die unzusammenhängenden Bereiche auf der Bauplattform genau ausgebildet werden, weist die unebene Oberflächenstruktur regelmäßig angeordnete Wellen und/oder Zacken und/oder Noppen und/oder Riffelungen und/oder sonstige Unebenheiten auf. Die Bildung einer solch unebenen Oberflächenstruktur auf der Bauplattform bietet den Vorteil, dass der Referenzkörper nach seiner Fertigstellung einfacher von der Bauplattform abgelöst werden kann. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Maulschlüssels oder eines sonstigen geeigneten Werkzeugs geschehen, wobei die Seitenkanten des Referenzkörpers für einen rutschfreien Eingriff des Werkzeugs ausgebildet sein können. Somit ist kein aufwendiges und Schmutz verursachendes Erodieren oder Sägen notwendig, um den Referenzkörper von der Bauplatte abzulösen. According to a further embodiment of the invention, at the beginning of the layered production of the reference body initially unconnected areas are formed on the building platform, which are connected to each other in subsequent layers. This causes the resulting Reference body receives an uneven surface structure at its lower free end. Depending on how the non-contiguous areas are accurately formed on the building platform, the uneven surface structure has regularly arranged waves and / or serrations and / or nubs and / or corrugations and / or other irregularities. The formation of such an uneven surface structure on the building platform offers the advantage that the reference body after its completion can be easily detached from the build platform. This can be done for example by means of an open-end wrench or other suitable tool, wherein the side edges of the reference body can be designed for a non-slip engagement of the tool. Thus, no consuming and dirt-causing erosion or sawing is necessary to detach the reference body of the building board.
Vorteilhaft wird bei der Fertigung des Referenzkörpers eine den Hohlraum umfänglich umgebende Sollbruchstelle gebildet. Eine solche Sollbruchstelle bietet den Vorteil, dass bei Bedarf ein Teil des Referenzkörpers vom selbigen abgetrennt und gleichzeitig der geschlossene Hohlraum des Referenzkörpers geöffnet oder aufgebrochen werden kann, um das darin befindliche Pulver freizugeben. Hierfür muss kein spanendes Werkzeug, wie ein Bohrer, eingesetzt werden, der die Gefahr einer Verunreinigung des in dem Hohlraum befindlichen pulverförmigen Ausgangswerkstoffs mit sich bringen würde. In the production of the reference body, a predetermined breaking point surrounding the cavity is advantageously formed. Such a predetermined breaking point offers the advantage that, if required, a part of the reference body can be separated from the same and at the same time the closed cavity of the reference body can be opened or broken in order to release the powder contained therein. For this purpose, no cutting tool, such as a drill, to be used, which would bring with it the risk of contamination of the powdery starting material located in the cavity.
Bevorzugt weist die Sollbruchstelle insbesondere eine Vielzahl von sternartig angeordneten, sich bezogen auf eine vertikale Achse des Referenzkörpers radial auswärts erstreckenden Lamellen auf. Vorteilhaft sind die Lamellen leicht gegen den Uhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn geneigt. Diese spezielle Lamellenanordnung ermöglicht ein einfaches Aufbrechen des Hohlraums durch ein relatives Verdrehen eines der Sollbruchstelle in Fertigungsrichtung vorgelagerten ersten Referenzkörperabschnitts gegen einen nachgelagerten zweiten Referenzkörperabschnitt. Das relative Verdrehen kann unter Verwendung eines Maulschlüssels erfolgen. Vorzugsweise wird der in Fertigungsrichtung nachgelagerte zweite Referenzkörperabschnitt mechanisch eingespannt und ein geeignetes Drehmoment wird auf den in Fertigungsrichtung vorgelagerten ersten Referenzkörperabschnitt ausgeübt, wodurch die Lamellen so auf Zug beansprucht werden, dass der geschlossene Hohlraum aufgebrochen wird. Vorteilhaft entsteht eine kleine kreisförmige Öffnung, die einen Zugriff auf das im Hohlraum befindliche Pulver ermöglicht. Der Umfang des Hohlraums wird im Bereich der Sollbruchstelle vorteilhaft geringer ausgebildet als an anderen Stellen, wodurch ein Aufbrechen weiter erleichtert wird. In particular, the predetermined breaking point preferably has a multiplicity of star-like lamellae which extend radially outward relative to a vertical axis of the reference body. Advantageously, the slats are slightly inclined counterclockwise or clockwise. This special lamella arrangement allows a simple rupture of the cavity by a relative rotation of the first reference body portion upstream of the predetermined breaking point in the direction of production against a downstream second reference body portion. The relative rotation can be done using an open-end wrench. Preferably, the downstream in the direction of manufacture second reference body portion is mechanically clamped and a suitable torque is applied to the upstream in the direction of production first reference body portion, whereby the blades are claimed in train so that the closed cavity is broken. Advantageously, a small circular opening is formed which allows access to the powder in the cavity. The circumference of the cavity is advantageously designed to be smaller in the region of the predetermined breaking point than at other points, thereby further facilitating break-up.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der pulverförmige Ausgangswerkstoff ein Metallpulver und das generative Fertigungsverfahren ein SLM-Verfahren, ein SEBM-Verfahren oder ein LMD-Verfahren. Insbesondere metallische Bauteile müssen häufig eine hohe Strapazierfähigkeit aufweisen, weshalb sowohl routinemäßige Qualitätsuntersuchungen als auch Mängelanalysen des Materials des Bauteils wie auch der Ausgangswerkstoffcharge wichtig sind. According to a further embodiment of the invention, the powdery starting material is a metal powder and the additive manufacturing process is an SLM process, an SEBM process or an LMD process. In particular, metallic components must often have a high durability, which is why both routine quality investigations and analysis of defects of the material of the component as well as the source material batch are important.
Im Falle eines SLM- oder SEBM-Verfahrens wird der entstehende Hohlraum des Referenzkörpers durch ein sukzessives Aufbringen von Metallpulverschichten bevorzugt im Laufe des SLM- oder SEBM-Verfahrens automatisch mit Metallpulver befüllt, wobei der Hohlraum vorzugsweise vollständig oder zumindest zum Großteil mit Metallpulver befüllt wird. In the case of an SLM or SEBM method, the resulting cavity of the reference body is automatically filled with metal powder by a successive application of metal powder layers during the SLM or SEBM process, wherein the cavity is preferably completely or at least largely filled with metal powder.
Aufgrund eines grundlegend verschiedenen Verfahrensablaufs wird im Falle eines LMD-Verfahrens der Hohlraum insbesondere kurz vor seiner Fertigstellung mittels einer Düse einer LMD-Vorrichtung mit dem Metallpulver befüllt. Ein Laser der LMD-Vorrichtung wird für die Dauer des Befüllens abgeschaltet, damit das Metallpulver nicht aufgeschmolzen wird. Due to a fundamentally different process sequence, in the case of an LMD method, the cavity is filled with the metal powder, in particular shortly before its completion by means of a nozzle of an LMD device. A laser of the LMD device is turned off for the duration of filling, so that the metal powder is not melted.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ferner einen aus einer Charge eines pulverförmigen Ausgangswerkstoffs hergestellten Referenzkörper der eingangs genannten Art, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzkörper einen abgeschlossenen Hohlraum aufweist, der mit einem pulverförmigen Ausgangswerkstoff derselben Charge befüllt ist. To achieve the object mentioned, the present invention further provides a reference body of the type mentioned above, produced from a batch of a powdery starting material, characterized in that the reference body has a closed cavity which is filled with a powdery starting material of the same batch.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Referenzkörper zusätzlich zu dem abgeschlossenen Hohlraum einen Vollmaterialbereich auf. According to one embodiment of the invention, the reference body in addition to the closed cavity on a solid material area.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Referenzkörper an einem freien Ende eine unebene Oberflächenstruktur auf, wobei die unebene Oberflächenstruktur des Referenzkörpers insbesondere regelmäßig angeordnete Wellen und/oder Zacken und/oder Noppen und/oder Riffelungen und/oder sonstige Unebenheiten aufweist. According to a further embodiment of the invention, the reference body has an uneven surface structure at a free end, wherein the uneven surface structure of the reference body has in particular regularly arranged undulations and / or serrations and / or knobs and / or corrugations and / or other irregularities.
Bevorzugt weist der Referenzkörper eine den Hohlraum umfänglich umgebende Sollbruchstelle auf, die bevorzugt eine Vielzahl von sternartig angeordneten, sich bezogen auf eine vertikale Achse des Referenzkörpers radial auswärts erstreckenden Lamellen umfasst. Vorteilhaft sind die Lamellen hierbei leicht gegen den Uhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn geneigt. Die vorstehend angegebene lamellenartige Ausgestaltung der Sollbruchstelle ist jedoch nur beispielhaft. Es sind grundsätzlich beliebige andere Ausgestaltungen der Sollbruchstelle denkbar. The reference body preferably has a predetermined breaking point circumferentially surrounding the cavity, which preferably comprises a plurality of star-like lamellae which extend radially outward relative to a vertical axis of the reference body. Advantageously, the slats are slightly inclined in this case counterclockwise or clockwise. However, the aforementioned lamellar configuration of the predetermined breaking point is only as an example. In principle, any other configurations of the predetermined breaking point are conceivable.
Bezüglich der jeweiligen Vorteile der vorstehend aufgezählten weiteren möglichen Ausgestaltungen des Referenzkörpers wird auf die vorstehenden Ausführungen zum generativen Fertigungsverfahren verwiesen. With regard to the respective advantages of the above enumerated further possible embodiments of the reference body, reference is made to the above explanations of the generative manufacturing method.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ferner ein System bestehend aus einem Bauteil und einem zugehörigen Referenzkörper, die aus einer einzigen Charge eines pulverförmigen Ausgangswerkstoffs hergestellt sind, der eingangs genannten Art, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzkörper einen abgeschlossenen Hohlraum aufweist, der mit einem pulverförmigen Ausgangswerkstoff derselben Charge befüllt ist. Der Hohlraum kann jede beliebige Gestalt aufweisen, solange er abgeschlossen ist. Zudem kann der Hohlraum mit einer beliebigen Menge des pulverförmigen Ausgangswerkstoffs, vorzugsweise jedoch vollständig oder zumindest zum Großteil mit dem pulverförmigen Ausgangswerkstoff befüllt werden, je nachdem wieviel Pulver für Laboruntersuchungen zur Verfügung stehen soll. To achieve the object mentioned above, the present invention further provides a system consisting of a component and an associated reference body, which are made of a single batch of a powdery starting material, the aforementioned type, characterized in that the reference body has a closed cavity, the is filled with a powdery starting material of the same batch. The cavity may have any shape as long as it is completed. In addition, the cavity can be filled with any amount of the powdery starting material, but preferably completely or at least for the most part with the powdery starting material, depending on how much powder should be available for laboratory tests.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine das Bauteil identifizierende Information auf der Oberfläche des Referenzkörpers, insbesondere der Oberseite, vorgesehen und mit diesem einstückig ausgebildet, wobei die zumindest eine Information insbesondere Zeichen wie Buchstaben und/oder Zahlen und/oder eine computerlesbare Kodierung wie einen QR-Code oder einen Strichcode aufweist. According to one embodiment of the invention, at least one information identifying the component on the surface of the reference body, in particular the top, provided and integrally formed therewith, wherein the at least one information in particular characters such as letters and / or numbers and / or a computer-readable encoding such as a QR code or a bar code.
Bezüglich weiterer möglicher Ausgestaltungen des Referenzkörpers und deren Vorteile wird auf die vorstehenden Ausführungen zum Referenzkörper bzw. generativen Fertigungsverfahren verwiesen. Zudem wird bezüglich weiterer möglicher Ausgestaltungen des Herstellungsverfahrens und deren Vorteile ebenfalls auf die vorstehenden Ausführungen zum generativen Fertigungsverfahren verwiesen. With regard to further possible embodiments of the reference body and their advantages, reference is made to the above statements on the reference body or additive manufacturing process. In addition, with regard to further possible embodiments of the manufacturing method and its advantages, reference is also made to the above remarks on the generative manufacturing method.
Mit dem oben beschriebenen Referenzkörper bzw. System bestehend aus einem Bauteil und dem zugehörigen Referenzkörper wird also erstmalig ein Referenzkörper bereitgestellt, der es erlaubt, eine Pulverprobe einer bei einer schichtweisen Fertigung des Bauteils und des zugehörigen Referenzkörpers verwendeten Charge eines pulverförmigen Ausgangswerkstoffs sicher, sauber und in eindeutiger Zuordnung zu dem Referenzkörper sowie dem Bauteil zu archivieren. Des Weiteren wird erstmalig ein Verfahren zur schichtweisen Fertigung eines solchen Referenzkörpers und des zugehörigen Bauteils bereitgestellt. With the above-described reference body or system consisting of a component and the associated reference body, therefore, a reference body is provided for the first time which allows a powder sample of a charge of a pulverulent starting material used in a layered production of the component and the associated reference body to be safely, cleanly and in clear assignment to the reference body and the component to archive. Furthermore, for the first time, a method is provided for the layered production of such a reference body and the associated component.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines generativen Fertigungsverfahrens sowie einer Ausführungsform eines Referenzkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of an embodiment of a generative manufacturing method and an embodiment of a reference body according to the present invention with reference to the accompanying drawings. That's it
Die zuvor beschriebene SLM-Vorrichtung
Die
Die wellige Oberflächenstruktur
Von dem ersten Referenzkörperabschnitt
Der Strichcode
Das mittels der LMD-Vorrichtung
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann die Herstellung des Bauteils und des zugehörigen Referenzkörpers mit Hilfe jedes beliebigen pulverbasierten generativen Fertigungsverfahrens erfolgen. Zudem kann der Hohlraum des Referenzkörpers nicht nur mit Metallpulver, sondern mit jedem beliebigen pulverförmigen Ausgangswerkstoff befüllt werden, aus dem auch das Bauteil hergestellt wird. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. In particular, the production of the component and the associated reference body can be carried out with the aid of any powder-based additive manufacturing process. In addition, the cavity of the reference body can be filled not only with metal powder, but with any powdered starting material from which the component is made.
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